LANDASAN TEORI
Di bab ini, akan dijelaskan komponen - komponen yang digunakan untuk merancang pembuatan suatu alat pemantau suhu air danau toba dengan menggunakan sensor
waterproof DS18B20 dengan menggunkan Mikrokontroller ATMega serta cara
kerjanya.
2.1 Sensor suhu DS18B20
Kebanyakan sensor suhu memiliki tingkat rentang terukur yang sempit serta akurasi yang rendah namun memiliki biaya yang tinggi. Sensor suhu DS18B20 dengan kemampuan tahan air (waterproof) cocok digunakan untuk mengukur suhu pada tempat yang sulit, atau basah. Karena output data sensor ini merupakan data digital, maka kita tidak perlu khawatir terhadap degradasi data ketika menggunakan untuk jarak yang jauh. DS18B20 menyediakan 9 bit hingga 12 bit yang dapat dikonfigurasi data.
Karena setiap sensor DS18B20 memiliki silicon serial number yang unik, maka beberapa sensor DS18B20 dapat dipasang dalam 1 bus. Hal ini memungkinkan pembacaan suhu dari berbagai tempat.
Gambar 2.1 Sensor Suhu DS18B20
Meskipun secara datasheet sensor ini dapat membaca bagus hingga 125°C, namun dengan penutup kabel dari PVC disarankan untuk penggunaan tidak melebihi 100°C. Spesifikasi dari sensor suhu DS18B20 sebagai berikut :
1. Tegangan yang dibutuhkan sensor dari 3.0V sampai 5.5V power / data 2. Akurasinya ±0.5°C sampai -10°C, dan -10°C sampai +85°C
3. Batas temperatur sensor dari -55 sampai 125°C atau -67°F sampai +257°F 4. Menggunakan 1 kabel Antarmuka (Interface) dan hanya 1 digital pin untuk
komunikasi
5. Data pengenalan Identitas yang disimpan 64 bit 6. Memiliki batas peringatan jika suhu tinggi 7. Waktu tunggu data masuk 750ms
8. kabel antarmuka (Interface) a. Kabel merah : VCC b. Kabel hitam : GND c. Kabel putih : DATA
9. Bahan Stainless steel silinder 6 mm diametenya panjang 35mm 10. Diameter kabel : 4mm
11. Panjang kabel : 90cm
2.2 Mikrokontroler Arduino UNO
Arduino berawal dari Dilvre, Italia pada tahun 2005 dengan Pendirinya adalah Massimo Banzi dan David Cuartiellez. Arduino adalah pengendali mikro
single-board yang bersifat open-source, yang di turunkan dari wiring platform, yang di
rancang untuk memudahkan penggunaan elektronik dalam berbagai bidang. Hardwernya memiliki prosesor atmel AVR dan softwarenya memiliki bahasa pemrograman sendiri. Secara software Arduino adalah open source IDE yang digunakan untuk mendevelop aplikasi mikrokontroller yang berbasis arduino
platform.
Secara hardware Arduino adalah Single board mikrokontroller yang bersifat
open source hardware yang dikembangkan untuk arsitektur mikrokontroller AVR 8
bit dan ARM 32 bit. Dari kedua pengertian diatas, dapat disimpulkan bahwa Arduino adalah kit elektronik atau papan rangkaian elektronik open source yang didalamnya terdapat komponen utama yaitu sebuah chip mikrokontroller dengan jenis AVR. Mikrokontroller itu sendiri adalah chip atau IC (integrated Circuit) yang bisa diprogram menggunakan komputer. Tujuan menanamkan program pada mikrokontroller adalah agar rangkaian elektronik dapat membaca input, memproses
input tersebut dan kemudian menghasilkan output seperti yang diinginkan. Jadi pada mikrokontroller bertugas sebagai otak yang mengendalikan input, proses ,dan output sebuah rangkaian elektonik.
Gambar 2.2 Papan Board Arduino Uno
Input / output digital atau digital pin adalah pin pin untuk menghubungkan arduino dengan komponen atau rangkaian digital. contohnya , jika ingin membuat LED berkedip, LED tersebut bisa dipasang pada salah satu pin input atau output digital dan ground. komponen lain yang menghasilkan output digital atau menerima input digital bisa disambungkan ke pin pin ini. Input analog atau analog pin adalah pin pin yang berfungsi untuk menerima sinyal dari komponen atau rangkaian analog. contohnya , potensiometer, sensor suhu, sensor cahaya, dll. Pin - pin untuk catu daya adalah pin yang memberikan tegangan untuk komponen atau rangkaian yang dihubungkan dengan arduino. Pada bagian catu daya ini pin Vin dan reset. Vin digunakan untuk memberikan tegangan langsung kepada arduino tanpa melalui tegangan pada USB atau adaptor, sedangkan Reset adalah pin untuk memberikan
sinyal reset melalui tombol atau rangkaian eksternal. Rangkaian tersebut berfungsi sebagai pusat kendali dari seluruh sistem yang ada. Seperti gambar papan PCB diatas mikrokontroler ATMega328 menyediakan UART TTL (5V) komunikasi serial, yang tersedia pada pin digital 0 (RX) dan 1 (TX).
Sebuah ATmega328 pada saluran board ini komunikasi serial melalui USB dan muncul sebagai com port virtual untuk perangkat lunak pada komputer. Firmware Arduino menggunakan USB driver standar COM, dan tidak ada driver eksternal yang dibutuhkan. Namun, pada Windows, file. Inf diperlukan. Perangkat lunak Arduino termasuk monitor serial yang memungkinkan data sederhana yang akan dikirim ke board Arduino. RX dan TX LED di board akan berkedip ketika data sedang dikirim melalui chip USB-to serial dan koneksi USB ke komputer.
2.3 Perangkat Lunak (Arduino IDE)
Lingkungan open-source Arduino memudahkan untuk menulis kode dan mengupload ke board Arduino. Ini berjalan pada Windows, Mac OS X, dan Linux.Berdasarkan pengolahan, avr-gcc, dan perangkat lunak sumber terbuka lainnya.
.Ini berjalan pada Windows, Mac OS X, dan Linux. Berdasarkan pengolahan, avr gcc, dan perangkat lunak sumber terbuka lainnya.
Gambar 2.3 Tampilan Framework Arduino UNO
Framework ini berguna untuk menulis block kode program. Kemudian hasil isi dari kode yang ada akan dikompile untuk di upload ke dalam board arduino
2.4 Otomatis Tombol Reset
Tombol reset Uno Arduino dirancang untuk menjalankan program yang tersimpan didalam mikrokontroller dari awal. Tombol reset terhubung ke Atmega328. Setelah tombol reset ditekan cukup lama untuk me-reset chip, software IDE Arduino dapat juga berfungsi untuk meng-upload program dengan hanya menekan tombol upload di software IDE Arduino.
2.5 Catu Daya
Uno Arduino dapat diaktifkan melalui koneksi USB atau dengan catu daya eksternal. Sumber listrik dipilih secara otomatis. Eksternal (nonUSB) daya dapat datang baik dari AC - DC adaptor atau baterai. Adaptor ini dapat dihubungkan dengan cara menghubungkannya plug pusat - positif 2.1mm ke dalam board colokan listrik. Lead dari baterai dapat dimasukkan ke dalam header pin Gnd dan Vin dari konektor Power.
Board dapat beroperasi pada pasokan daya dari 6 - 20 volt. Jika diberikan dengan kurang dari 7V, bagaimanapun, pin 5V dapat menyuplai kurang dari 5 volt dan board mungkin tidak stabil. Jika menggunakan lebih dari 12V, regulator tegangan bisa panas dan merusak board. Rentang yang dianjurkan adalah 7 - 12 volt
2.6 Bahasa Pemograman Arduino
Arduino menggunakan pemrograman dengan bahasa C. Setiap program Arduino (biasa disebut sketch) mempunyai dua buah fungsi yang harus ada.
1. void setup( ) { }, Semua kode didalam kurung kurawal akan dijalankan hanya satu kali ketika program Arduino dijalankan untuk pertama kalinya.
2. void loop( ) { } o Fungsi ini akan dijalankan setelah setup (fungsi void setup) selesai. Setelah dijalankan satu kali fungsi ini akan dijalankan lagi, dan lagi secara terus menerus sampai catu daya (power) dilepaskan.
2.7 Syntax
Berikut ini adalah elemen bahasa C yang dibutuhkan untuk format penulisan : 1. // (komentar satu baris), Kadang diperlukan untuk memberikan catatan pada
diri sendiri apa arti dari kode-kode yang dituliskan. Cukup menuliskan dua buah garis miring dan apapun yang kita ketikkan dibelakangnya akan diabaikan oleh program.
2. /* */ (komentar banyak baris), Jika kita punya banyak catatan, maka hal itu dapat dituliskan pada beberapa baris sebagai komentar. Semua hal yang terletak di antara dua simbol tersebut akan diabaikan oleh program.
3. { }(kurung kurawal), Digunakan untuk mendefinisikan kapan blok program mulai dan berakhir (digunakan juga pada fungsi dan pengulangan).
4. ; (titk koma), Setiap baris kode harus diakhiri dengan tanda titik koma (jika ada titik koma yang hilang maka program tidak akan bisa dijalankan).
5. variabel, Sebuah program secara garis besar dapat didefinisikan sebagai instruksi untuk memindahkan angka dengan cara yang cerdas. Variabel inilah yang digunakan untuk memindahkannya.
6. int (integer), Digunakan untuk menyimpan angka dalam 2 byte (16 bit). Tidak mempunyai angka desimal dan menyimpan nilai dari -32,768 dan 32,767. 7. long (long), Digunakan ketika integer tidak mencukupi lagi. Memakai 4 byte
(32 bit) dari memori (RAM) dan mempunyai rentang dari -2,147,483,648 dan 2,147,483,647.
8. boolean (boolean), Variabel sederhana yang digunakan untuk menyimpan nilai TRUE (benar) atau FALSE (salah). Sangat berguna karena hanya menggunakan 1 bit dari RAM.
9. float (float), Digunakan untuk angka desimal (floating point). Memakai 4 byte (32 bit) dari RAM dan mempunyai rentang dari -3.4028235E+38 dan 3.4028235E+38.
10. char (character), Menyimpan 1 karakter menggunakan kode ASCII (misalnya ‘A’ = 65). Hanya memakai 1 byte (8 bit) dari RAM.
11. Operator Matematika, Operator yang digunakan untuk memanipulasi angka (bekerja seperti matematika yang sederhana).
a. = , Membuat sesuatu menjadi sama dengan nilai yang lain misalnya: x = 10 * 2, x sekarang sama dengan 20.
b. % Menghasilkan sisa dari hasil pembagian suatu angka dengan angka yang lain (misalnya: 12 % 10, ini akan menghasilkan angka 2). c. + , Penjumlahan
d. - , Pengurangan e. * , Perkalian f. / , Pembagian
12. Operator Pembanding, Digunakan untuk membandingkan nilai logika. a. == , Sama dengan (misalnya: 12 == 10 adalah FALSE (salah) atau 12
== 12 adalah TRUE (benar))
b. !=, Tidak sama dengan (misalnya: 12 != 10 adalah TRUE (benar) atau 12 != 12 adalah FALSE (salah))
c. <, Lebih kecil dari (misalnya: 12 < 10 adalah FALSE (salah) atau 12 < 12 adalah FALSE (salah) atau 12 < 14 adalah TRUE (benar))
d. >, Lebih besar dari (misalnya: 12 > 10 adalah TRUE (benar) atau 12 > 12 adalah FALSE (salah) atau 12 > 14 adalah FALSE (salah)) Struktur Pengaturan
Program sangat tergantung pada pengaturan apa yang akan dijalankan berikutnya, berikut ini adalah elemen dasar pengaturan.
1. if, else, dengan format seperti berikut ini: if (kondisi) { } else if (kondisi) { } else {kondisi }, dengan struktur seperti diatas program akan menjalankan kode yang ada di dalam kurung kurawal jika kondisinya TRUE, dan jika tidak (FALSE) maka akan diperiksa apakah kondisi pada else if dan jika kondisinya FALSE maka kode pada else yang akan dijalankan.
2. for, dengan format seperti berikut ini: for (int i = 0; i < pengulangan; i++) { } Digunakan bila anda ingin melakukan pengulangan kode di dalam kurung kurawal beberapa kali, ganti pengulangan dengan jumlah pengulangan yang diinginkan. Melakukan penghitungan ke atas dengan i++ atau ke bawah dengan i–.
2.8 Pin Digital
Pin digital digunakan untuk mengirim sinyal digital berupa nilai 1 dan 0. Angka 1 menandakan bahwa pin memiliki kondisi HIGH dan angka 0 menandakan kondisi LOW. Untuk menggunakan pin digital ini digunakan fungsi sebagai berikut :
1. pinMode(pin, mode)
Digunakan untuk menetapkan mode dari suatu pin, pin adalah nomor pin yang akan digunakan dari 0-19 (pin analog 0-5 adalah 14-19). Mode yang bisa digunakan adalah INPUT atau OUTPUT.
2. digitalWrite(pin, value)
Ketika sebuah pin ditetapkan sebagai OUTPUT, pin tersebut dapat dijadikan HIGH (ditarik menjadi 5 volts) atau LOW (diturunkan menjadi ground). 3. digitalRead(pin)
Ketika sebuah pin ditetapkan sebagai INPUT maka anda dapat menggunakan kode ini untuk mendapatkan nilai pin tersebut apakah HIGH (ditarik menjadi 5 volts) atau LOW (diturunkan menjadi ground).
2.9 Pin Analog
Arduino adalah mesin digital tetapi mempunyai kemampuan untuk beroperasi di dalam analog (menggunakan trik). Berikut ini cara untuk menghadapi hal yang bukan digital.
1. analogWrite(pin, value)
Beberapa pin pada Arduino mendukung PWM (pulse width modulation) yaitu pin 3, 5, 6, 9, 10, 11. Ini dapat merubah pin hidup (on)atau mati (off) dengan sangat cepat sehingga membuatnya dapat berfungsi layaknya keluaran analog. 2. analogRead(pin)
Ketika pin analog ditetapkan sebagai INPUT anda dapat membaca keluaran voltase-nya. Keluarannya berupa angka antara 0 (untuk 0 volts) dan 1024 (untuk 5 volts).
2.10 Real Time Clock (RTC)
RTC adalah jenis pewaktu yang bekerja berdasarkan waktu yang sebenarnya atau dengan kata lain berdasarkan waktu yang ada pada jam kita. Agar dapat berfungsi, pewaktu ini membutuhkan dua parameter utama yang harus ditentukan, yaitu pada saat mulai (start) dan pada saat berhenti (stop). Biasanya Real Time Clock berbentuk suatu chip (IC) yang memiliki fungsi sebagai penyimpan waktu dan tanggal. Dalam proses penyimpanannya RTC sendiri memiliki register yang dapat menyimpan data detik, menit, jam, tanggal, bulan dan tahun. RTC ini memiliki 128 lokasi RAM yang terdiri dari 15 byte untuk data waktu serta kontrol, dan 113 byte sebagai RAM umum
2.11 Android Smartphone
Android adalah sebuah sistem operasi berbasis Linux yang dirancang untuk mobile
device seperti smartphone dan komputer tablet yang dikembangkan oleh Google.
Beberapa fitur Android antara lain:
1. Application framework, yakni application framework yang bisa digunakan untuk membangun aplikasi Android.
2. Dalvik Virtual Machine, yakni Java bytecode interpreter yang diimplementasikan pada Android untuk mengganti Java Virtual Machine. 3. Integrated Browser, Android menyertakan browser berbasis WebKit sebagai
aplikasi standar.
4. Optimized graphics, Android mempunyai pustaka grafik 2D dan menyertakan pustaka grafik 3D OpenGL ES.
5. SQLite, adalah aplikasi basis data SQLite yang disertakan dalam Android. 6. Media Support, dukungan untuk memutar format multimedia yang banyak. 7. GSM telephony support, adalah kemampuan Android untuk mengakses
langsung hardware untuk komunikasi GSM. Dimana dukungan ini bergantung pada modul yang tersedia untuk masing-masing hardware GSM.
8. Bluetooth, EDGE, 3G, dan WiFi, dukungan untuk banyak jenis koneksi
wireless.
9. Camera, GPS, compass dan accelerometer, dukungan untuk hardware tersebut, tersedia API untuk mengakses hardware tersebut.
10. Rich development environment, tersedia software development yang lengkap.
2.12 Versi Android
Versi disini hanya membahas tentang Android yang dirilis resmi oleh Google, berikut ini adalah rangkuman dari versi tersebut :
1. Versi 1.0 (codename tidak diketahui), dirilis pada September 2008 2. Versi 1.1 (codename tidak diketahui), dirilis pada Februari 2009 3. Versi 1.5 (codename Cupcake), dirilis September 2009
4. Versi 1.6 (codename Donut), dirilis September 2009
5. Versi 2.0, 2.0.1, 2.1 (codename Eclair), dirilis Oktober 2009 6. Versi 2.2 (codename Froyo), dirilis Mei 2010
7. Versi 2.3 (codename Gingerbread), dirilis Desember 2010 8. Versi 3.0/3.1 (codename Honeycomb), dirilis Mei 2011 9. Versi 4.1.x (codename JellyBean), dirilis Juli 2012
2.13 Perancangan PCB (Printed Circuit Board)
PCB adalah tempat komponen dimana komponen – komponen tersebut diletakkan seperti dioda, resistor dan komponen lainnya. PCB harus diproses menjadi jalur –
jalur yang dapat menghubungkan komponen – komponen agar membentuk rangkaian yang diinginkan. Proses pembuatan PCB dibagi menjadi tiga tahap yaitu :
1. Pembuatan layout PCB 2. Pembuatan jalur PCB 3. Proses Pembuatan PCB
4. Pelapisan dan pemasangan komponen
2.13.1 Pembuatan Lay Out PCB
Proses ini adalah langkah pertama didalam pembuatan PCB, dimana tata letak komponen harus dirancang terlebih dahulu agar nantinya komponen dapat dipasang teratur dan rapi. Pengaturan tata letak komponen disesuaikan dengan bentuk dan besar komponen serta hubungannya dalam rangkaian. Perencanaan tata letak komponen dapat dibuat pada kertas milimeter agar mudah diketahui ukurannya dan hubungan – hubungannya antara komponen agar tidak terjadi kekeliruan atau tidak terjadi pertemuan antara satu jalur dengan jalur yang lainnya. Membuat jalur yang menghubungkan antara komponen harus sependek mungkin dan penyusunan komponen diusahakan serapi mungkin.
2.13.2. Pembuatan Jalur PCB
Perencanaan jalur – jalur pada kertas milimeter sesuai dengan tata letak komponen, hubungan dibuat sesingkat mungkin dan sedapat mungkin dihindari penggunaan kabel penghubung. Jika perencanaan jalur – jalur sudah jadi maka rangkaian itu digambar pada kertas transparan (kalkir). Jalur dibuat dengan spidol, ukuran spidol disesuaikan dengan tebal jalur. Kertas transparan berguna sebagai klise dalam proses untuk pembuatan PCB.
2.13.3 Proses Pembuatan PCB
Dalam proses pembuatan PCB ada beberapa langkah yang dapat dilakukan, hal pertama yang dilakukan adalah lapisan tembaga dibersihkan dengan menggunakan bahan pencuci sehingga permukaan bebas dari debu dan bahan lemak yang melekat. Pola yang telah dibuat pada kertas dipindahkan kepermukaan PCB, jalurnya digambar dengan menggunakan spidol atau letraset. Letraset adalah gambar tempel yang dapat ditempelkan pada kertas atau PCB.
Bila penggunaan pola ini telah dianggap sempurna maka proses pembuatan ini dapat dilanjutkan dengan menggunakan cairan kimia yang dapat melarutkan tembaga yaitu FeClO3 (ferri klorit). Bahan kimia ini dapat diperoleh dari toko dalam bentuk padat, proses pelarutan tembaga akan memerlukan waktu kira – kira 15 menit sampai
bahwa larutan ini dapat menyebabkan korosi sehingga wadah yang digunakan harus terbuat dari bahan non logam. PCB yang telah dipersiapkan dimasukkan kedalam larutan dengan permukaan tembaganya menghadap keatas sampai lapisan tembaga yang tidak tertutup spidol atau letraset larut dengan sempurna. Proses selanjutnya adalah mencuci PCB ini dengan menggunakan air sampai PCB ini benar – benar bersih kemudian dikeringkan. PCB yang telah dikeringkan dibor untuk pemasangan komponen dengan menggunakan mata bor 0.8 sampai dengan 1 milimeter. Bila telah selesai bersihkan serbuk – serbuk yang menempel pada papan PCB tersebut.
2.13.4 Pemasangan Komponen
Dalam pelapisan dan pemasangan komponen yang pertama sisi jalur PCB diamplas untuk meyakinkan jalur tersebut benar – benar bersih, kemudian jalur PCB dipoleskan dengan lotfet. Jalur yang telah dipoles lalu dilapisi dengan timah tipis secara merata kemudian pemasangan komponen dapat dilakukan.
2.14 Resitor
Resistor komponen pasif elektronika yang berfungsi untuk membatasi arus listrik yang mengalir. Berdasarkan kelasnya resistor dibagi menjadi 2 yaitu: Fixed Resistor dan Variable Resistor dan umumnya terbuat dari carbon film atau metal film, tetapi tidak menutup kemungkinan untuk dibuat dari material yang lain. Pada dasarnya
semua bahan memiliki sifat resistif namun beberapa bahan tembaga perak emas dan bahan metal umumnya memiliki resistansi yang sangat kecil. Bahan bahan tersebut menghantar arus listrik dengan baik, sehingga dinamakan konduktor. Kebalikan dari bahan yang konduktif, bahan material seperti karet, gelas, karbon memiliki resistansi yang lebih besar menahan aliran elektron dan disebut sebagai insulator.
